Fabricante e fábrica de tubos de silicone dedicada à produção de produtos de silicone personalizados de precisão há 14 anos.
Qual a diferença entre tubos de fluoropolímero e tubos de silicone?
Introdução
A tubulação atua como a principal camada que entra em contato com os fluidos dentro de dispositivos médicos. Ela é importante tanto no bioprocessamento farmacêutico quanto em diagnósticos de alta pureza. O tipo de material escolhido tem um impacto direto na segurança do sistema. Também influencia o desempenho do sistema sob estresse físico.
A decisão envolve principalmente dois grupos de materiais. O primeiro deles é composto por materiais rígidos de alto desempenho conhecidos como fluoropolímeros. Exemplos desses materiais são PTFE, FEP e PFA. Eles são bem conhecidos por resistirem a praticamente qualquer ataque químico.
O segundo grupo consiste em borrachas sintéticas flexíveis. É aí que entra o silicone. O silicone é altamente valorizado devido à sua elasticidade. Ele retorna facilmente à sua forma original, proporcionando uma interface segura ao toque, essencial para aplicações médicas.
Os fluoropolímeros resistem a produtos químicos agressivos e suportam alta pressão e temperaturas extremas sem se degradarem. O silicone é a escolha ideal para sistemas de bombeamento, pois seus tubos se adaptam facilmente a ângulos agudos e espaços confinados. Em última análise, a decisão ideal depende das características de desempenho mais importantes para o seu projeto específico.
Ao considerar a resistência química, os usuários precisam levar em conta a flexibilidade e as regulamentações recentes relativas às PFAS. Essas regulamentações desempenham um papel fundamental na mudança do foco de engenheiros e projetistas, que passaram a priorizar os silicones em detrimento dos fluoropolímeros, que são mais seguros.
Há casos em que os engenheiros utilizam ambos os materiais em conjunto. Eles criam uma combinação dos dois materiais usando uma camada de fluoropolímero na parte interna da capa flexível de silicone.
Onde são utilizados tubos de fluoropolímero e silicone?
✚Instrumentação médica, biofarmacêutica e analítica
Tubos curados com platina de alta qualidade são usados para transportar diferentes líquidos. Estes incluem fluidos estéreis, água quente para injeção e meios de cultura celular.
✚Lida excepcionalmente bem com apertos.
✚Ideal para bombas dosadoras peristálticas.
✚Utilizado em diálise e em soro intravenoso.
✚Curado com platina em sistemas de uso único.
✚Conecta-se facilmente a abraçadeiras sanitárias.
✚A superfície lisa protege os vasos sanguíneos.
Tubo de fluoropolímero (PTFE/FEP)
✚Utilizado em máquinas de teste de diagnóstico.
✚Fornece produtos químicos para analisadores de laboratório.
✚A superfície antiaderente impede a aderência de organismos vivos.
✚Reduz a contaminação cruzada entre testes.
✚Reduz a frequência dos ciclos de limpeza dispendiosos.
✚Chave para tubos de cateter ultrafinos.
⚙Processamento Químico, Semicondutores e Sistemas Industriais Extremos
Nas indústrias pesadas,tubos de fluoropolímeroÉ utilizado para transportar os líquidos mais perigosos, como o ácido sulfúrico concentrado, e também pode lidar com segurança com solventes agressivos que derreteriam a borracha comum.
Tubo de PFA
▸Utilizado em fábricas de chips de computador.
▸Transporta água deionizada pura.
▸Transporta ácidos corrosivos fortes.
▸Introduz zero impurezas de fabricação.
Tubo de silicone
▸Ideal para processamento de alimentos frios.
▸Transporta laticínios e bebidas com segurança.
▸Preserva o sabor e o aroma dos alimentos.
▸Mangueiras padrão para motores de automóveis.
Tubo de PTFE
▸Necessário para óleo de fritura quente.
▸Essencial para tubulações de vapor quente.
▸Resiste a danos causados por óleos quentes.
Tubo FEP
▸Ideal para trabalhos de limpeza ambiental.
▸Utilizado para amostragem de águas subterrâneas.
▸Utilizado em sistemas de purificação UV.
Silicone revestido com fluoropolímero
▸O revestimento impede a absorção de névoa de óleo.
Composição química do fluoropolímero e do silicone
⚗Química da estrutura principal do fluoropolímero (PTFE, FEP, PFA, PVDF)
Os fluoropolímeros são estáveis devido à natureza de suas ligações químicas. Especificamente, dependem da ligação carbono-flúor, que é uma das ligações mais fortes conhecidas na química. Ela forma um escudo protetor espesso ao redor da molécula.
O PTFE é a forma mais simples dessa estrutura. É composto por uma cadeia contínua de carbonos fluorados. Outras versões, como o FEP, possuem ramificações químicas menores. Em comparação, o PFA incorpora ligações de oxigênio. Essas pequenas modificações fazem com que o material se torne mais fácil de fundir e moldar.
Para tornar o material mais resistente, o PVDF combina carbonos fluorados com carbonos comuns. Embora esses materiais sejam altamente duráveis, podem falhar quando em contato com metais alcalinos fundidos. Líquidos muito quentes, como o hidróxido de sódio, também podem danificá-los.
Há um ponto regulatório importante a ser considerado. Esses materiais pertencem à categoria PFAS. Devido a essa classificação, estão sujeitos a rigorosa vigilância global. Por isso, muitas empresas estão evitando utilizá-los em seus sistemas.
✦Matriz de silicone-siloxano e sistemas de reticulação (platina vs. peróxido)
A composição química do silicone é completamente diferente em nível molecular. Sua estrutura básica é formada por silício e oxigênio, sem a presença de flúor. Isso o torna livre de substâncias PFAS, o que resulta em menor rigor nas normas globais de saúde.
O silicone de grau médico é endurecido com platina. O processo resulta em ligações químicas muito estáveis e garante que não haja resíduos tóxicos. A estrutura molecular do silicone tem uma tendência natural a repelir a água, e essa superfície lisa impede o crescimento de bactérias dentro do tubo.
O silicone de grau industrial é produzido utilizando peróxidos no processo de fabricação. No entanto, seu uso pode resultar em resíduos ácidos. Essas são as principais razões pelas quais a indústria médica emprega silicone curado com platina. O uso da cura com platina torna o tubo inodoro e também garante que o material esteja em conformidade com os mais rigorosos padrões de segurança da área da saúde.
Propriedades físicas do fluoropolímero e do silicone
⇄Elasticidade mecânica, dureza e resiliência dinâmica da bomba
O silicone é, de fato, uma substância emborrachada. Sua natureza elástica permite que ele retorne à sua forma original quando esticado ou comprimido. Em comparação, os fluoropolímeros são materiais consideravelmente mais rígidos e não podem ser comprimidos com os dedos. Eles exigem o uso de ferramentas especiais para serem dobrados.
O silicone suporta altas forças de tração, o que o torna a escolha ideal para bombas mecânicas. Em particular, uma bomba peristáltica movimenta o líquido comprimindo continuamente o tubo. Isso significa que o material precisa ser capaz de suportar milhões dessas compressões. Além disso, ele se dobra facilmente em curvas fechadas sem torcer. Nessas situações, o fluoropolímero racharia ou se achataria sob a mesma pressão.
O silicone facilita a montagem em fábrica. Os instaladores podem mergulhar o tubo em certos solventes, fazendo com que ele aumente de tamanho. Eles podem deslizá-lo facilmente sobre o conector maior. Depois de seco, o tubo encolherá de volta ao tamanho original, proporcionando uma vedação permanente.
♨Resistência térmica, tribologia e permeação de gases moleculares
O PTFE e o PFA podem operar em temperaturas extremas. Eles suportam condições criogênicas de congelamento e também toleram calor de até 260 °C sem derreter. Os tubos de PTFE são densos e possuem uma superfície interna lisa para minimizar o atrito durante o fluxo. O coeficiente de atrito está entre os mais altos das tecnologias de materiais. A superfície lisa impede que fluidos viscosos bloqueiem os tubos e evita a passagem de gases e umidade pelas paredes do tubo.
Os usuários precisam ter cuidado com o calor extremo no caso do PTFE, pois ele começa a se decompor quando sua temperatura ultrapassa 327°C e pode liberar gases tóxicos, diferentemente do silicone.
O silicone de grau médico possui uma faixa de temperatura de trabalho um pouco mais estreita. Funciona perfeitamente de -73 °C a 204 °C. O silicone oferece fricção, que pode ser sentida até mesmo com as mãos nuas. Essa fricção permite que o silicone se fixe firmemente às conexões da máquina. No entanto, ao movimentar componentes de bombas, pode ser necessária alguma lubrificação. O silicone é muito mais respirável e permite a passagem de oxigênio, o que pode ser útil, mas é prejudicial a produtos químicos sensíveis.
▦Matriz de comparação de propriedades de engenharia
| Propriedade física/química | Fluoropolímero (PTFE / FEP / PFA) | Silicone médico (curado com platina) |
|---|---|---|
| Classificação de Materiais | Fluoromaterial de alto desempenho | Elastômero reticulado |
| Dureza do durômetro | 50 – 65 Shore D | 20 – 90 Shore A (tipicamente 50–70 Shore A) |
| Temperatura de operação | -200°C a +260°C (-328°F a +500°F) | -60°C a +204°C (-76°F a +400°F) |
| Resistência à tração (psi) | 2.000 – 4.200 psi | 1.000 – 1.500 psi |
| Coeficiente de Atrito | Extremamente baixo (< 0,04) | Alto/Pegajoso (a menos que revestido) |
| Clareza óptica | Branco translúcido (PTFE) a transparente (FEP/PFA) | Alta transparência / Transparente |
| Permeabilidade a gases/vapores | Extremamente baixo (barreira densa) | Alto (semipermeável a gases/hidrocarbonetos) |
| Vida útil da bomba peristáltica | Ruim (Propenso à fadiga do material ou torção) | Excelente (Recuperação elástica, baixa histerese) |
| Situação regulatória das PFAS | Polímero fluorado (Sujeito à análise de PFAS) | Livre de PFAS (química de sílica/PDMS) |
Aspectos de fabricação de dois materiais
⚒Processamento de fluoropolímeros: extrusão de pasta, sinterização e extrusão por fusão.
O PTFE normal é praticamente impossível de derreter devido à sua natureza em nível molecular. Para realizar essa operação, as fábricas utilizam um método de pasta fria. O pó de PTFE é combinado com um lubrificante líquido para formar uma mistura. Em seguida, a mistura é forçada através de um molde metálico frio e um forno. O lubrificante é queimado e as partículas do material são então aquecidas juntas para formar um tubo sólido.
Materiais como o FEP são consideravelmente mais fáceis de processar. Eles podem ser derretidos da mesma forma que materiais comuns. As fábricas passam o material derretido por matrizes metálicas aquecidas. Como esses materiais não são aderentes, são difíceis de colar. Para gravar a superfície, as fábricas precisam usar banhos químicos fortes, que tornam o material quimicamente rugoso para que os adesivos possam aderir a ele.
⚡Fabricação de silicone: extrusão contínua, moldagem por injeção de líquido e coextrusão.
O equipamento usado na fabricação de tubos de silicone é completamente diferente. Os trabalhadores combinam uma goma de silicone bruta com pós reforçadores e um catalisador de platina. Em seguida, alimentam a máquina de extrusão com as tiras de borracha.
O tubo emerge e passa por um longo túnel que fornece ar quente. A borracha é curada neste túnel aquecido sem qualquer alteração em sua forma. Para peças complexas, as fábricas utilizam borracha de silicone líquida. Elas despejam uma mistura líquida diretamente em um molde de metal quente. Este método é ideal para a produção de tubos multicanal e também funciona perfeitamente quando usado com conectores médicos personalizados.
O silicone de uso médico precisa de mais uma etapa. O tubo finalizado é colocado em um forno para assar por várias horas. Esse processo final de cozimento elimina quaisquer gases químicos remanescentes. O resultado é um tubo completamente seguro para uso em hospitais.
▦Tabela de comparação de tecnologias de fabricação
| Parâmetro | Tubos de fluoropolímero (PTFE vs. FEP/PFA) | Tubos de silicone para uso médico (HCR / LSR) |
|---|---|---|
| Método primário | PTFE: Extrusão de pasta por extrusão. FEP/PFA: Extrusão por fusão com rosca. | Extrusão helicoidal com vulcanização térmica contínua |
| Temperatura de processamento térmico | Sinterização a >327°C (PTFE). Extrusão por fusão a 300°C–380°C. | Forno de vulcanização a ar quente: 150°C a 250°C |
| Mecanismo de reticulação | Nenhuma (fusão cristalina de termomateriais) | Hidrossililação por adição (Pt) ou radical livre (Peróxido) |
| Pós-processamento | Evaporação e sinterização obrigatórias do lubrificante (PTFE) | Cozimento secundário pós-cura (volatilização de compostos cíclicos) |
| Construção de ferramentas | Hastelloy / Inconel (resistente à corrosão por ácido fluorídrico) | Matrizes de aço ferramenta / cromadas |
| Formando geometrias complexas | Limitado Requer termoformagem secundária. |
Excelente Moldagem por injeção de líquido (LSR) e sobremoldagem |
Custo e vida útil
◆Investimento de capital, custos de materiais e custo total de propriedade (TCO)
Para a movimentação de fluidos comuns, o silicone é uma opção econômica. É a alternativa mais rentável para uso em tubos de transferência de fluidos de grau médico. O silicone também pode ser facilmente conectado a conexões de materiais comuns, enquanto os fluoropolímeros exigem juntas metálicas rosqueadas, que são mais caras, para evitar vazamentos.
Os materiais fluoropolímeros têm um alto custo inicial. O processo de produção desses materiais especiais é muito complexo e a fabricação também exige o uso de maquinário caro que suporte altas temperaturas. Os enormes fornos de sinterização consomem muita eletricidade, mas podem, na verdade, resultar em economia de custos a longo prazo. No caso do manuseio de ácidos altamente corrosivos, a borracha comum se deteriora rapidamente. Os fluoropolímeros não apenas previnem vazamentos perigosos, como também evitam a paralisação dispendiosa de fábricas.
⏱Vida útil, degradação por esterilização e falha por fadiga dinâmica
Os hospitais limpam regularmente seus equipamentos usando vapor em alta temperatura. O silicone curado com platina suporta essa limpeza a vapor sem problemas e não racha nem endurece posteriormente. Em uma bomba mecânica, o silicone dura centenas de horas. Ele pode até mesmo suportar processos de esterilização por radiação.
Os fluoropolímeros são superiores em termos de limpeza química. Eles são capazes de suportar fluidos de lavagem cáusticos fortes. No entanto, eles se rompem ou racham quase imediatamente em uma bomba. Não são adequados para hospitais que utilizam radiação para esterilizar equipamentos.
O PTFE torna-se quebradiço e se desfaz quando exposto à luz solar. Os fluoropolímeros, por outro lado, duram indefinidamente quando usados ao ar livre e são capazes de suportar luz solar intensa. O silicone, no entanto, pode começar a apresentar pequenas rachaduras após cinco anos de exposição ao sol.
Conclusão
Para selecionar a tubulação correta, é necessário considerar todo o sistema. Além da temperatura, é preciso levar em conta os produtos químicos envolvidos e os requisitos de movimento dinâmico do sistema. Utilize PTFE ou PFA se a tubulação precisar lidar com ácidos agressivos. Para qualquer aplicação que envolva curvatura ou bombeamento, escolha silicone de grau médico, pois é a melhor opção para a segurança do paciente. O silicone também é livre de substâncias químicas PFAS, protegendo as organizações de problemas legais.
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Perguntas frequentes
Q:Tubos de fluoropolímero podem substituir tubos de silicone em aplicações de bombas peristálticas?
Longe disso. Se os fluoropolímeros forem comprimidos, eles não retornarão à sua forma original. Os roletes da bomba irão achatar o tubo permanentemente, e o material irá rachar, causando o vazamento do líquido em seu interior. O silicone é o material que oferece a ação de amortecimento necessária e, portanto, é a única opção confiável para essa finalidade.
Q:Quais as diferenças entre tubos de fluoropolímero e de silicone em relação às regulamentações sobre PFAS?
Os fluoropolímeros fazem parte do grupo de substâncias químicas PFAS e, atualmente, os governos estão limitando as formas como esses materiais podem ser utilizados. O silicone não contém flúor e, portanto, está isento das novas regulamentações ambientais, razão pela qual tantas empresas estão optando por ele.
Q:Qual material oferece clareza óptica superior para inspeção de líquidos?
O PTFE padrão é branco opaco. Não é possível ver líquidos se movimentando em seu interior. O silicone de platina é altamente transparente. Isso permite que os médicos identifiquem facilmente bolhas de ar perigosas. Versões transparentes de fluoropolímeros, como o FEP, existem para quem precisa de resistência química com alta visibilidade.